Вопрос 21. Первичная и вторичная конденсационные системы в цикле синтеза аммиака. Накопление инертных примесей в циркуляционном газе и их вывод из системы

На выходе из колонны синтеза аммиака газ. смесь (N₂+Н₂+NН₃+СН₄+A_r) имеет t ≈ 335 ºС и об. долю NН₃ 14÷16%. Целью дальнейшей обработки газ. смеси является её постеп. охлажд-е для того, чтобы сконденсировать NН₃, имеющий наиб. Т конд. по сравн. с др. комп-ми смеси. Поэтому газ вначале направл-ся в трубч. подогреватель воды (3), проходит по трубкам и охл-ся до 212 ºС.Затем газ поступает в т/о (4) и, пройдя по трубкам, охл-ся до 70 ºС. Далее газ направляется в агрегаты воздушного охл-я (5) и охл-ся до 40ºС. Поток с t=40 ºС п.с. газо-жидкостную эмульсию, поступающую на разделение в сепаратор (6). В нём из потока выдел-ся жид. NН₃ в кол-ве 14,8 т/ч. Сепаратор (6) явл-ся первичной конденсационной системой. Жидкий NН₃ из сепаратора (6) пропуск-ся через магнитные фильтры (8), где очищается от кат-рной Fe – содержащей пыли. Затем жидк. NН₃ дроссел-ся до 2 МПа и выдаётся в сборник (14). В первичной конденс-ой сист. из газ. смеси выводится меньшая часть NН₃, поэтому на выходе сепаратора (6) газ содержит ≈ 10÷12%об.NН₃. Такой газ под Р=29,5 МПа направляют в циркуляционное колесо турбокомпрессора (1), где дожимают до 31,5 МПа, компенсируя потери Р в системе. После Кт такой циркуляц-й газ с t=50 ºC подают во вторичную конденсационную систему, включающую в себя конденсац. колонну (7) и испаритель ж. NН₃ (9). В колонне (7) соединяются потоки циркуляционного газа и свежей АВС, вводимой в систему в кол-ве, определяемом условием МБ. Газ. смесь в колонне охл-ся до t=21ºС и с такой t поступает в трубки испарителя (9). В м/трубное пр-во испарителя (9) подаётся со склада ж. NН₃ с t=30ºС, кот., испаряясь отнимает тепло у потока в трубках. В р-те в колонну (7) возвращ-ся газожидкостная эмульсия с t =4ºС. Из этого потока в сепараторной части колонны (7) выдел-ся ж. NН₃ и в кол-ве 44,5 т/ч вывод-ся из колонны, дроссел-ся до 2 МПа и выводится в сборник (14). После вторичн. конденс-и системы об. доля NН₃ в газе компенс-ся до 3,3 %. Такой газ направляется из колонны (7) в т/обменник (4), т. е цикл замыкается.

СН₄ и А_r, содержащиеся в исх. синтез – газе накапл-ся в цикле синтеза и пониж. выход NН₃, поэтому для поддержания концентрации инертов (СН₄ и А_r) на определеном уровне часть циркулляц-го газа постепенно выводят из системы продувкой. Точка отбора газов аммиачных продувочных расположена на выходе из сепаратора (6). Продувочные газы в направ-ся в конденсационную колонну (10), где охлаждаются до 11ºС. Затем газы поступают в трубки испарителя (11), в м/труб. пр-ве кот. кипит ж. NН₃ при – 34 ºС. В результате в колонну (10) возвращается г/ж эмульсия с t = -28ºС. Из этого потока в сепараторной части кол-во выдел-ся ж. NН₃ и выводится из колонны, дроссел-ся до 2 МПа и выдаётся в сборник (14). В р-те снижения давления в сборнике (14) происходит выделение газов физически растворенных в ж. NН₃ при Р = 29,5 ÷31,5 МПа. Эти газы (Н₂, N₂, СН₄, А_r) вместе с парами NН₃ охл-ся в трубках испарителя (12) до t= -28ºС аммиаком, кипящем в м/труб. пр-ве при -34 ºС. Сконденсиров-ся NН₃ отделяют в сепараторе (13), а газовую фазу, содержащую Н₂, N₂ СН₄, Аr и до 7% об. NН₃ смешивают с аммиачными продувочными газами, из кот. выделен NН₃ в конденсаторной колонне (10) и направляют на сжигание в горелки труб. печи. Жидкий NН₃ из сепаратора (13) направляют в сборник (14). Общий поток ж. NН₃ в кол-ве 59,3 т/ч с t =7 ºС из сборника (14) подаётся в м/ труб пр-во переохладителя (15) для охл-ия до -10 ºС и выделения растворимых в нём газов. В трубки переохл-ля подаётся ж. NН₃ из изотермич. хранилища. Подогретый в переохладителе до 2 ºС NН₃, использовавшийся как хладоагент, возвращают на склад в хранилище “теплого” NН_3. Газообр. NН₃ из испар-лей (9,11,12), образовавшийся при кипении ж. NН₃, использовавшегося как хладоагент, направляют на сжижение в холодильные установки.

Вопрос 22. Энерготехнологическая схема производства аммиака с рекуперацией энергии стадий получения синтез-газа. Энергетическая потребность агрегата. Масса и параметры генерируемого пара. Паровой привод турбокомпрессоров агрегата. Эн/техн. принцип, закладываемый в основу современных ХТС, предполагает использование внутр-х энергетических ресурсов для обеспечения собственных нужд процесса по пару и мех. энергии. Источником утилизируемой внутр. Е явл-ся тепло экзотермич. р-ций и физ. тепло прод-тов перераб-ки. Эн/техн. принцип в 1 очередь актуален при использ-и Р в крупнотоннажных агрегатах. В проц. под Р повыш-ся их скорость и сокращается V ап-ры. Но для создания Р требуется значительные затраты механической Е на сжатие газов в компрессорах. При произв-ве NН₃ необход. сжимать 3 осн. потока: 1 – ПГ; 2 – воздух; 3 – АВС – синтез-газ. Для обеспеч-я произв-ти 1360 т/сут NН₃ треб-ся след. мощ-ть двигателя компрессоров: ПГ – 2,2 МВт; возд.– 11МВт; АВС – 26 МВт. В целом энергетич. потреб-ть агрег. сост-т около 50 МВт или 882 кВт*ч/т NН₃.

Покрытие этой требуемой мощности возможно 2-мя способами:

1. За счёт подвода эл/ энергии со стороны;

2. за счёт выработки и использования водяного пара высоких параметров.

Для аммиачного агрегата самым энергоёмким явл-ся компрессор синтез-газа мощн-ю 26 МВт с числом оборотов около 11000 об/мин. Примен-е для привода этого компрессора эл/двигателя с редуктором технически не реализуемо. В то же время на агрегате технически возможно получение необход. кол-ва высококонцентрир-го пара. Поэтому в кач-ве привода компрессора синтез-газа выбрана паров. турбина.

Рассмотрим принцип энерготехнологич. схему произв-ва NН₃ мощн-ю 1360 т/сут.Тепловой эф-т эндотерм. р-ций паровой конверсии ПГ в трубч. печи с избытком покрывается суммарным тепловым эф-том экзотерм. р-ций шахтной доконверсии СН₄, сгорание топливного ПГ в радиат. зоне трубчатой печи, конверсии СО и синтеза NН₃. Поэтому для утилизации избыточного тепла схема оснащена 3-мя мощными котлами-утилизаторами: котлом I ступени (12), котлом II ступени (13), установл-ми после шахтного конвертора СН₄ (11) и котлом (16) после конвертора СО I ст. (15). В этих колоннах генерируется насыщ. пар одного и того же парам-ра Р=10,5 МПа и Т=315 ºС. Общее кол-во пара равно 348 т/ч. Пов-ть т/обмена К-У след-я; м²: (12) – 262; (13) – 200; (16) – 330.

Дальнейшее повышение энергетич. потенциала пара (перегрев пара) возможно благодаря исп-ию тепла горючих ДГ трубчатой печи конверсии ПГ (7). Для этого пар из котлов (12,13 и 16) вначале поступает в общий паросборник (14). Из паросборника пар направл-ся в пароперегреватель (8) конвекционной зоны трубчатой печи, где перегрев-ся до 480 ºС. Весь перегретый пар подаётся в турбину турбокомпрессора синтез газа (3). В турбине Е пара превращ-ся в мех. Е на валу компрессора. Пар при этом дросселируется до 4,1 МПа, а Т понижается до 380 ºС. Пар с этими ещё высокими парами используется для привода менее мощных компрессоров: компрессора ПГ (1) и воздушного компрессора (2). Этот пар исп-ся и для технологических нужд в процессах конверсии и доконверсии СН₄ и конверсии СО (смесители (6) и (9)). Избыток пара конденсируется под вакуумом и вместе с др. потоками конденсата направляется на водоподготовку. Т.о., благодаря реализации энергетических возмож-тей ХТС и генерации собств. высокопотенц-го пара, агрегат почти полн-ю обеспеч-т себя Е. Вместо 882 кВт*ч/т NН₃ со стороны потребляется только 79 кВт*ч /т NН₃ в виде эл/энергии.